ES2321965T3 - Un sistema de refrigeracion de escape de un vehiculo anfibio. - Google Patents
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Abstract
Un sistema de refrigeración de escape de un vehículo anfibio (10) que funciona en modo terrestre y marino, comprendiendo el sistema de refrigeración de escape: un sistema de escape (50) a refrigerar; al menos un cambiador de calor aire-líquido (60); al menos un cambiador de calor líquido-líquido (70); y un líquido refrigerante en comunicación térmica con el sistema de escape (50) y el al menos un cambiador de calor aire-líquido (60) y/o el al menos un cambiado de calor líquido-líquido (70); en el que cuando el vehículo anfibio (10) funciona en modo terrestre, el líquido refrigerante se calienta mediante el sistema de escape (50) y se enfría mediante el al menos un cambiador de calor aire-líquido (60); y cuando el vehículo anfibio (10) funciona en modo marino, el líquido refrigerante se calienta mediante el sistema de escape (50) y se enfría mediante el al menos un cambiador de calor líquido-líquido (70).
Description
Un sistema de refrigeración de escape de un
vehículo anfibio.
La presente invención se refiere a un sistema de
refrigeración de escape de un vehículo anfibio.
En el caso de vehículos terrestres
especializados y embarcaciones marinas conocidos en la técnica, el
aparato y los métodos empleados para refrigerar los sistemas de
escape están bien establecidos. En el caso de un vehículo
terrestre, el sistema de escape típicamente está suspendido por
debajo del panel del suelo de vehículo de manera que se expone al
aire atmosférico ambiente que pasa sobre y enfría las superficies
externas del sistema de escape. El efecto de refrigeración
conseguido, por supuesto, es variable aunque satisfactorio, siendo
dependiente en gran medida de factores tales como la velocidad del
vehículo y las condiciones atmosféricas. En el caso de
embarcaciones marinas, es habitual refrigerar los sistemas de escape
con agua. Esto normalmente se consigue usando el recurso abundante
del agua bruta fuera de la embarcación que se atrae hacia y se hace
circular alrededor de una camisa de agua que rodea el sistema de
escape y después se devuelve de nuevo a la fuente de agua bruta.
Dichos sistemas de refrigeración de escape son muy eficaces cuando
la embarcación marina está sobre el agua, pero no funcionan cuando
están sobre la tierra donde la fuente de agua bruta ya no está
disponible. Sin embargo, esto no es particularmente importante para
una embarcación marina cuyo motor solo en raras ocasiones funcionará
en la tierra, si lo hiciera (típicamente solo por razones de
mantenimiento, donde puede proporcionarse una fuente de agua bruta
artificial, por ejemplo, mediante una tubería).
Se sabe también del documento US 3.884.194 de
Citroen, cómo proporcionar una camisa de agua para un colector de
escape de un motor refrigerado con aire usado en un vehículo
terrestre para recuperar la energía calorífica. En particular, el
documento US 3.884.194 describe un generador de vapor usado para
calentar el compartimento de los pasajeros de vehículos equipados
con motores refrigerados con aire.
En el documento US 4.991.546 de Sanshin Kogyo
Kabushiki Kaisha, se describe un sistema de refrigeración basado en
camisa de agua para embarcaciones marinas usado para refrigerar
tanto el motor de combustión interna como el colector de escape. La
invención se refiere a prevenir la condensación que se forma en el
colector de escape como resultado del proceso de refrigeración. Se
usa agua bruta, procediendo ésta del exterior del barco y se
devuelve después de hacerla circular alrededor de las diversas
camisas de agua del sistema. En una realización, se usa un radiador
complementario, aunque solo con el fin de proporcionar una camisa de
refrigeración sellada para el motor, el colector de escape y una
parte del codo de escape de manera que un refrigerante distinto del
agua pura puede emplearse en un sistema cerrado y mantenerse
separado del agua bruta. Se requiere aún agua bruta como fuente, se
la hace circular y se la devuelve al cuerpo del agua exterior del
barco. Como tal, este sistema no puede emplearse en un vehículo
terrestre.
En el caso de un vehículo anfibio, sin embargo,
los problemas de refrigeración del sistema de escape presentan
problemas bastante y consideraciones únicos. Un vehículo anfibio se
usa extensivamente en tierra y en agua y su sistema de escape es
susceptible para funcionar al menos tan caliente como cualquier otro
vehículo de carretera. Mientras que los vehículos terrestres
dependen del aire circundante para mantener frío su sistema de
escape, especialmente los convertidores catalíticos que se sabe que
funcionan tan calientes (\sim900ºC) como para quemar la hierba
que hay debajo de donde están aparcados los vehículos, el lado
inferior de un vehículo anfibio se sella para asegurar la flotación
y el rendimiento hidrodinámico sobre el agua. Esto agrava el
problema de proporcionar una refrigeración adecuada, ya que sellar
el sistema de escape dentro del casco actualmente sirve para
aislarlo de las influencias de refrigeración externas. Además, es
deseable sellar el sistema de escape de un vehículo anfibio, ya que
existe el potencial de efectos por choque térmico dañinos de
enfriado cuando un sistema de escape totalmente calentado que ha
estado funcionando en modo terrestre entra en el agua para que el
vehículo funcione en modo marino. También, el convertidor catalítico
es un artículo muy sensible que debe mantenerse a su temperatura
operativa óptima para evitar los daños al catalizador. Queda claro,
por lo tanto, que un vehículo anfibio presenta requisitos
conflictivos y los sistemas de la técnica anterior especializados
son poco adecuados para los requisitos de un vehículo anfibio.
El documento WO 03/09037 A1 describe un sistema
de refrigeración del motor de un vehículo anfibio. El sistema de
refrigeración comprende esencialmente un cambiador de calor
aire-líquido y un cambiador de calor
líquido-líquido. Cuando el vehículo anfibio
funciona en modo terrestre, el líquido refrigerante se calienta
mediante el motor y se enfría mediante el cambiador de calor
aire-líquido. Cuando el vehículo anfibio funciona en
modo marino, el líquido refrigerante se calienta por el motor y se
enfría mediante el cambiador de calor
líquido-líquido.
De esta manera, el asunto de la reivindicación 1
difiere del sistema de refrigeración conocido del documento WO
03/093037 A1 en que el líquido refrigerante está en comunicación
térmica con el sistema de escape y el al menos un cambiador de
calor aire-líquido y/o el al menos un cambiador de
calor líquido-líquido conduciendo de esta manera un
sistema de refrigeración de gases de escape.
Aunque el silenciador de escape 81,121 mostrado
en las Figuras 4 y 5 del documento WO 03/093037 A1 se acopla
mediante aire ambiente externo, véase la página 5, líneas 25 a 27 y
la página 6, líneas 12 a 14, dicho documento no dice nada sobre la
posibilidad de que el líquido refrigerante esté en comunicación
térmica con el sistema de escape. El líquido refrigerante descrito
en el documento WO 03/093037 A1 se usa sólo para refrigerar el
motor del vehículo anfibio pero no su sistema de escape.
La presente invención proporciona, en un primer
aspecto, un sistema de refrigeración de escape de un vehículo
anfibio que puede funcionar en modo terrestre y marino,
comprendiendo el sistema de refrigeración de escape:
un sistema de escape a enfriar;
al menos un cambiador de calor
aire-líquido;
al menos un cambiador de calor
líquido-líquido y
un líquido refrigerante en comunicación térmica
con el sistema de escape y el al menos un cambiador de calor aire
líquido y/o el al menos un cambiador de calor
líquido-líquido en el que:
cuando el vehículo anfibio funciona en modo
terrestre, el líquido refrigerante se calienta mediante el sistema
de escape y se enfría mediante el al menos un cambiador de calor
aire-líquido; y
cuando el vehículo anfibio funciona en modo
marino, el líquido refrigerante se calienta mediante el sistema de
escape y se enfría mediante el al menos un cambiador de calor
líquido-líquido.
Las realizaciones preferidas de la presente
invención se describirán ahora a modo de ejemplo únicamente con
referencia a los dibujos adjuntos en los que:
La Figura 1 es una vista en planta esquemática
que ilustra un sistema de refrigeración de acuerdo con una primera
realización de la presente invención instalado en una variante de
coche deportivo de vehículo anfibio;
La Figura 2 es una vista en alzado lateral
esquemática del vehículo anfibio de la Figura 1;
La Figura 3 es una vista en planta esquemática
que ilustra un sistema de refrigeración de acuerdo con una segunda
realización de la presente invención instalado en una variante de
tipo quad del vehículo anfibio; y
La Figura 4 es una vista en alzado lateral
esquemática del vehículo anfibio de la Figura 3.
Haciendo referencia en primer lugar a las
Figuras 1 y 2, se ilustra una vista esquemática de un sistema de
refrigeración de acuerdo con una primera realización de la presente
invención instalado en un vehículo anfibio 10. Un elemento motriz
principal 40 proporciona energía para propulsar el vehículo anfibio
10 cuando funciona en modo terrestre y marino. En modo terrestre,
la energía se suministra a un medio propulsor terrestre tal como,
por ejemplo, ruedas de carretera 20. En modo marino, la energía se
suministra a un medio propulsor marino tal como, por ejemplo, una
transmisión de chorro 30. En esta realización preferida, el elemento
motriz principal 40 es un motor de combustión interna desde el que
los productos de la combustión salen a través del sistema de escape
50.
El sistema de escape 50 comprende un convertidor
catalítico 51 y un silenciador 52, cada uno de ellos encerrado
dentro de una camisa de agua 53. La camisa de agua 53 tiene una
entrada de líquido 54 en un primer extremo distal del sistema de
escape 50 y una salida de líquido 55 en un segundo extremo
proximal.
Se proporciona un cambiado de calor
aire-agua 60 en forma de radiador convencional y
tiene una entrada de líquido 61 y una salida de líquido 62. Un
conducto alargado para el fluido refrigerante conecta la entrada de
líquido 61 con la salida de líquido 62 y está incluido en un
serpentín, laberinto u otra forma tortuosa de manera que maximiza
la longitud de la trayectoria de flujo entre la entrada de líquido
61 y la salida de líquido 62. Este conducto está provisto con una
matriz de aletas dispuestas en contacto térmico sobre su superficie
externa de manera que una gran área superficial se presenta al aire
que pasa para maximizar la trayectoria térmica disponible y la
transferencia de calor posible entre el aire de refrigeración que
pasa a través de la matriz y el líquido refrigerante que pasa a
través del conducto.
Se proporciona también un cambiador de calor
agua-agua 70 y tiene dos entradas de líquido 71, 73
y dos salidas de líquido 72, 74. Un primer conducto para el líquido
refrigerante conecta a la entrada del líquido 71 con la salida de
líquido 72 y se introduce en un serpentín, laberinto u otra forma
tortuosa de nuevo para maximizar la longitud de la trayectoria de
flujo entre la entrada del líquido 71 y la salida del líquido 72. Un
segundo conducto para el agua bruta conecta la entrada del líquido
73 con la salida del líquido 74 y se introduce igualmente en un
serpentín, laberinto u otra forma tortuosa para maximizar la
longitud de la trayectoria de flujo entre la entrada del líquido 73
y la salida de líquido 74. Estos conductos se disponen uno respecto
al otro para maximizar la trayectoria térmica disponible entre los
dos conductos y la transferencia de calor posible entre el agua
bruta de refrigeración que pasa a través del segundo conducto y el
líquido refrigerante que pasa a través del primer conducto.
Un circuito de líquido refrigerante cerrado 80
se forma mediante la conexión en serie de la camisa de agua 53 del
sistema de escape 50, el cambiador de calor
aire-agua 60 y el primer conducto del cambiador de
calor agua-agua 70 usando los conductos de líquido
apropiados. Un circuito de agua bruta abierto 90 se forma usando
los conductos de líquido apropiados y, en el modo marino, el agua
bruta entra o se bombea desde el exterior del vehículo anfibio 10
mediante un tamiz o filtro (no mostrado) a través del segundo
conducto del cambiador de calor agua-agua 70 y de
vuelta hacia fuera hacia la fuente de agua externa. El agua bruta
puede obtenerse, por ejemplo, del lado presurizado de la
transmisión a chorro 30 para evitar la necesidad de una bomba
diferente.
Durante el funcionamiento, el líquido
refrigerante puede simplemente bombearse alrededor del circuito de
líquido refrigerante cerrado 80 o bombearse en regímenes
termoestáticos y/u otros regímenes de control como se conoce bien
en la técnica (por ejemplo, bajo el control de una unidad de control
electrónico (ECU) dependiente de los parámetros operativos del
vehículo). Cuando el vehículo anfibio funciona en modo terrestre, el
líquido refrigerante a una primera temperatura refrigerada entra en
el sistema de escape 50 mediante la entrada de líquido 54 y pasa a
lo largo de la camisa de agua 53 que contiene el sistema de escape
50, pasando desde el extremo del refrigerador del sistema de escape
50 en la pared trasera del vehículo 10 al extremo más caliente
cerca del colector o colectores de escape (para evitar el apagado
del sistema de escape y evitar la formación de condensación en el
colector de escape después de un arranque en frío). El calor
presente en el sistema de escape 50 se transfiere al líquido
refrigerante mediante la trayectoria de transferencia de calor
establecida, calentando el líquido refrigerante y refrigerando el
sistema de escape 50. El líquido refrigerante a una segunda
temperatura elevada deja la camisa de agua 53 a través de la salida
de líquido 55. El líquido refrigerante a continuación pasa a través
de un conducto de conexión al cambiador de calor
aire-agua 60, entrando a través de la entrada de
líquido 61. A medida que el refrigerante pasa a lo largo del
conducto dentro del cambiador del calor 60, el aire que pasa sobre
la matriz de aletas dispuestas en contacto térmico con el conducto
extrae el calor del líquido refrigerante a la segunda temperatura
elevada, refrigerando de esta manera el líquido refrigerante a una
temperatura por debajo de la segunda temperatura elevada. El paso
del aire sobre la matriz de aletas puede ser de flujo libre (efecto
ram), mediante conducciones (para aumentar el efecto ram) y/o puede
forzarse o complementarse mediante un ventilador auxiliar (no
mostrado). El refrigerante sale entonces del cambiador de calor 60
a través de la salida de líquido 62 y a continuación pasa por el
cambiador de calor agua-agua 70, fluyendo a través
de un conducto de conexión y entrando a través de la entrada de
líquido 71. En este modo terrestre, el cambiador de calor
agua-agua 70 proporciona poco o ningún efecto ya que
no hay suministro de agua bruta disponible a través del circuito de
agua bruta abierto 90. Por lo siguiente, el fluido refrigerante
sale a través de la salida de líquido 72 a sustancialmente la misma
temperatura a la que entró. Finalmente, un conducto transporta el
líquido refrigerante desde la salida de líquido 72 hasta la entrada
de líquido 54 desde el sistema de escape y el proceso anterior se
repite, re-circulando el líquido refrigerante.
Cuando el vehículo anfibio 10 funciona en modo
marino, el proceso como se ha descrito anteriormente es idéntico
pero la etapa de refrigeración proporcionada por el cambiador de
calor aire-agua 60 se complementa o se sustituye
con una etapa de refrigeración efectuada a medida que el líquido
refrigerante pasa a través del cambiador de calor
agua-agua 70. En este modo marino, el líquido
refrigerante entra en el cambiador de calor
agua-agua 70 a una temperatura elevada comparado
con la primera temperatura refrigerada (en el caso de que el
cambiador de calor aire-agua 60 sea eficaz en un
grado u otro) o a la segunda temperatura elevada (en el caso de que
el cambiador de calor aire-agua 60 no sea eficaz) y
pasa a lo largo del primer conducto dentro del cambiador de calor
70. Al mismo tiempo, el agua bruta a la temperatura del agua
ambiente externa se bombea desde el exterior del vehículo anfibio
10 a través de la entrada de líquido de agua bruta 73. Esta agua
bruta pasa a través del segundo conducto dentro del cambiador de
calor agua-agua 70 y sale a través de la salida de
líquido de agua bruta 74 y se descarga de nuevo al cuerpo exterior
del agua. La disposición del primer y segundo conductos (flujo
inverso de uno con respecto al otro) maximiza la trayectoria térmica
disponible entre los dos conductos y la transferencia de calor
resultante posible, de manera que el líquido refrigerante se enfría
a medida que el agua bruta se calienta hasta un grado en el que el
líquido refrigerante sale a través de la salida de líquido 72 a una
temperatura por debajo de la segunda temperatura elevada. El líquido
refrigerante después se re-circula.
Se entenderá que la realización preferida de la
presente invención descrita anteriormente es sólo un ejemplo de las
muchas distribuciones diferentes posibles de acuerdo con la presente
invención. En particular, la realización preferida descrita adopta
una distribución adecuada para una versión de coche deportivo
semi-motorizado de tipo vehículo anfibio 10. En
esta versión del vehículo anfibio 10, es preferible tener el sistema
de refrigeración de escape de acuerdo con la presente invención
empaquetado como se ilustra. Sin embargo, el sistema de
refrigeración de escape de acuerdo con la presente invención es muy
flexible y adaptable para empaquetado en muchos tipos diferentes de
vehículos anfibios tales como, por ejemplo, un triciclo, un quad o
un vehículo todo terreno.
Para ejemplificar esto, las Figuras 3 y 4
ilustran una vista esquemática de un sistema de refrigeración de
acuerdo con una segunda realización de la presente invención
instalada en un vehículo anfibio 110 en forma de quad. Este es un
vehículo para "sentarse a horcajadas" con un asiento delantero
113 y un asiento trasero 116 dispuestos en tándem. Como en la
primera realización descrita anteriormente, un elemento motriz
principal 140 proporciona energía para propulsar el vehículo
anfibio 110 cuando funciona en modos terrestre y marino. En modo
terrestre, la energía se suministra a un medio de propulsión
terrestre tal como, por ejemplo, ruedas de carretera 120. En modo
marino, la energía se suministra a un medio de propulsión marina tal
como, por ejemplo, una transmisión a chorro 130. En esta
realización preferida, el elemento motriz principal 140 es un motor
de combustión interna a partir del cual los productos de combustión
salen a través del sistema de escape 150. El sistema de escape 150
comprende un convertidor catalítico 151 y un silenciador 152, cada
uno encerrado dentro de una camisa de agua 153. La camisa de agua
153 tiene una entrada de líquido 154 en un primer extremo distal
del sistema de escape 150 y una salida de líquido 155 en un segundo
extremo proximal.
Se proporcionan dos cambiadores de calor
aire-agua 160, 165 en forma de radiadores
convencionales (tamaños diferentes por razones de empaquetado) y
tienen entradas de líquido respectivas 161, 166 y salidas de líquido
162, 167. Los conductos alargados para el líquido refrigerante
conectan las entradas de líquido respectivas 161 y 166 con las
salidas de líquido respectivas 162, 167 y cada uno está empaquetado
en un serpentín, laberinto u otra forma tortuosa de manera que se
maximiza la longitud de la trayectoria de flujo entra las entradas
de líquido 161, 166 y las salidas de líquido 162, 167. Estos
conductos están provistos con una matriz de aletas dispuestas en
contacto térmico sobre sus superficies externas de manera que una
gran área superficial se presenta al aire que pasa para maximizar
la trayectoria térmica disponible y la transferencia de calor
posible entre el aire de refrigeración que pasa a través de las
matrices y el líquido refrigerante que pasa a través de los
conductos. Estos dos cambiadores de calor aire-agua
160, 165 están conectados en paralelo en las Figuras, aunque se
entenderá que pueden conectarse alternativamente en serie.
Se proporciona también un cambiador de calor
agua-agua 170 y tiene dos entradas de líquido 171,
172 y dos salidas de líquido 172, 174. Un primer conducto para
líquido refrigerante conecta la entrada de líquido 171 con la
salida de líquido 172 y está empaquetado en un serpentín, laberinto
u otra forma tortuosa de nuevo para maximizar la longitud de la
trayectoria de flujo entre la entrada de líquido 171 y la salida de
líquido 172. Un segundo conducto para el agua bruta conecta la
entrada de líquido 172 con la salida de líquido 174 y está
empaquetado igualmente en un serpentín, laberinto u otra forma
tortuosa para maximizar la longitud de la trayectoria de flujo
entre la entrada de líquido 172 y la salida de líquido 174. Estos
conductos se disponen uno respecto al otro para maximizar la
trayectoria térmica disponible entre los dos conductos y la
transferencia de calor posible entre el agua bruta de refrigeración
que pasa a través del segundo conducto y el líquido refrigerante
que pasa a través del primer conducto.
Un conducto de líquido refrigerante cerrado 180
se forma mediante la conexión en serie de la camisa de agua 153 del
sistema de escape 150, los cambiadores de calor
aire-agua 160, 165 y el primer conducto del
cambiador de calor agua-agua 70 usando los
conductos de líquido apropiados. En la realización ilustrada, los
propios cambiadores de calor aire-agua 160, 165
están conectados en paralelo entre sí aunque, alternativamente,
podrían conectarse en serie. Un circuito de agua bruta abierto 190
se forma usando los conductos de líquido apropiados y, en modo
marino, el agua bruta se bombea desde el exterior del vehículo
anfibio 110 a través de un tamiz o filtro (no mostrado), a través
del segundo conducto del cambiador de calor
agua-agua 170 y de vuelta hacia fuera hacia la
fuente de agua externa.
El funcionamiento del sistema de refrigeración
de escape es como se ha descrito anteriormente para la primera
realización, excepto porque el líquido refrigerante pasa a través de
los dos cambiadores de calor aire-agua 160, 165 en
paralelo.
En ambas realizaciones descritas anteriormente,
un medio de cierre, por ejemplo solapas articuladas o deslizantes,
puede proporcionarse para proteger el cambiador o cambiadores de
calor aire-líquido del agua, golpes de las olas y
restos de naufragios y elementos de desecho encontrados cuando se
hace funcionar el vehículo anfibio. El medio de cierre puede
proporcionar una protección selectiva o total del cambiador o
cambiadores de calor aire-líquido y esto puede
controlarse automáticamente (por ejemplo, mediante una ECU) o
manualmente según lo necesiten las condiciones operativas. El medio
de cierre puede usarse para proteger el cambiador o cambiadores de
calor del daño y/o para controlar u optimizar el régimen de
refrigeración.
Se entenderá que aunque en la realización
preferida descrita las partes componentes y las trayectorias de
flujo de refrigerante se disponen en distribuciones particulares,
son posibles muchas distribuciones diferentes. Por ejemplo, en una
realización alternativa, la presente invención hace uso de un
cambiador de calor aire-agua ya presente para
refrigerar un motor. Como alternativa, el cambiador de calor
aire-agua como se ha descrito en la realización
preferida puede proporcionarse además de un cambiador de calor
aire-agua provisto para un motor. De hecho, una
pluralidad de cambiadores de calor aire-agua (por
ejemplo, unidades más pequeñas) puede proporcionarse para
empaquetado u otras razones y distribuirse alrededor del vehículo.
Igualmente, una pluralidad de cambiadores de calor
agua-agua puede proporcionarse y distribuirse en
consecuencia. Aunque las partes componentes del circuito mostrado
en la realización preferida se disponen en serie, bombeando el
líquido refrigerante alrededor del circuito en serie, se entenderá
que las partes componentes pueden disponerse en paralelo además de
o en lugar de la disposición existente. Además, cada cambiador de
calor (del tipo aire-agua o
agua-agua) puede proporcionarse en un circuito
diferente que tenga su propio líquido refrigerante o un líquido
refrigerante compartido. En dicho caso, cada circuito puede estar
provisto con su propia camisa de agua diferente, tener acceso a una
parte del sub-circuito dentro de una camisa de agua
común o tener acceso a una sola camisa de agua común bajo el
control de un sistema de control de flujo. También, por supuesto es
posible introducir válvulas de control para controlar el flujo de
líquido refrigerante y esto puede gestionarse haciendo funcionar
eléctricamente o controlando termoestáticamente las válvulas de
flujo y los medios de procesado/control electrónico asociados,
tales como por ejemplo, una unidad de control electrónico (ECU)
proporcionada como parte de o además de una ECU ya existente del
vehículo anfibio 10. Esto proporciona la facilidad de conectar y
desconectar los componentes individuales del o de cada circuito
según sea necesario para optimizar el rendimiento del sistema.
Opcionalmente, los conductos de desviación pueden proporcionarse
para cada componente.
Aunque los cambiadores de calor
aire-agua y agua-aire 60, 160, 165 y
70, 170 descritos anteriormente son de un diseño convencional, se
entenderá que pueden emplearse beneficiosamente diseños alternativos
o hechos a medida. Por ejemplo, el solicitante ha diseñado un
cambiador de calor agua-agua hecho a medida que se
incorpora en el casco de uno de sus diseños de vehículo anfibio. El
vehículo anfibio en cuestión comprende un casco formado de
aluminio, un buen conductor térmico. Una sección longitudinal del
casco está cerrada para formar un volumen cerrado, formando el
casco un lado de este volumen cerrado. El líquido refrigerante puede
bombearse a través del volumen cerrado y, cuando el vehículo
anfibio está funcionando en modo marino, el líquido refrigerante se
enfría por el agua bruta externa que está en contacto directo con la
superficie del casco. Este diseño suprime la necesidad de
suministrar agua bruta desde el exterior del vehículo y, por lo
tanto. no hay necesidad de un circuito de agua bruta 90 en la
realización preferida descrita anteriormente. Ese diseño del
cambiador de calor agua-agua ha resultado ser muy
eficaz, de manera que la velocidad de flujo del líquido refrigerante
a través del volumen cerrado tiene que medirse para mantener el
motor a una temperatura operativa eficaz. Por lo tanto, puede
preferirse ajustar un circuito de desviación para el cambiado de
calor agua-agua para permitir que se desconecte,
por ejemplo, mientras el motor se está calentando. Dicha desviación
podría controlarse manualmente, termoestáticamente, mediante un
interruptor temporizador o por cualquier otro medio de control
adecuado (por ejemplo, una ECU). Como alternativa o adicionalmente a
lo anterior, un cambiador de calor agua-agua puede
realizarse en un aparato existente del vehículo, tal como la
transmisión a chorro 30, por ejemplo. El líquido refrigerante puede
hacerse circular dentro de o alrededor de los componentes de la
transmisión a chorro 30 y/o los dientes dentro de una protección de
piedra de la transmisión a chorro 30. Grandes volúmenes de agua
bruta a temperatura ambiente pasan por estos componentes, que se
fabrican a partir de metales que son buenos conductores térmicos.
Además, la refrigeración adicional puede proporcionarse inyectando
agua bruta directamente en la corriente de escape del gas de escape
que pasa a través de y sale del sistema de escape.
Se entenderá que, aunque en las realizaciones
preferidas descritas anteriormente, el elemento motriz principal
40, 140 toma la forma de un motor de combustión interna, el elemento
motriz principal 40, 140 podría tomar la forma alternativamente de
una célula de combustible, un motor híbrido, un motor de turbina o
cualquier combinación de los mismos. Además, aunque el sistema de
refrigeración se presenta como uno para refrigerar un sistema de
escape, podría emplearse adicionalmente para refrigerar otras
fuentes generadoras de calor tales como, por ejemplo, los medios de
propulsión marina 30, 130, el elemento motriz principal 40, 140 y/o
componentes de freno.
Además, el elemento motriz principal 40, 140
puede montarse transversalmente como se muestra en las Figuras 1 y
2 y se describe en la solicitud en trámite junto con la presente del
solicitante publicada como WO 02/07999; o longitudinalmente, como
se encuentre conveniente. Un ejemplo de un tren de energía que
comprende un elemento motriz principal montado longitudinalmente
puede encontrarse en la solicitud de trámite junto con la presente
del solicitante publicada como WO 02/12005.
Como se ha descrito anteriormente, el líquido
refrigerante circula alrededor del circuito cerrado 80, 180
mientras que el agua bruta se bombea hacia dentro y hacia fuera del
circuito abierto 90, 190 cuando esté disponible (es decir, en el
modo marino). Debido a que el líquido refrigerante está separado del
agua bruta y se retiene siempre en el circuito cerrado 80, 180,
puede usarse un anti-congelante y sus inhibidores de
corrosión asociados en el líquido refrigerante para proteger los
componentes del sistema contra una baja temperatura y efectos
corrosivos. Por razones medio ambientales, esto no sería posible en
el caso de sistemas de refrigeración de escape de embarcaciones
marinas conocidas que bombean todo el líquido refrigerante de vuelta
hacia la fuente de agua bruta. Sin embargo, si se desea
proporcionar refrigeración adicional cuando se hace funcionar el
vehículo 10, 110 en modo terrestre, el sistema puede disponerse
para retener el agua bruta en el circuito abierto 90, 190 y/o el
circuito cerrado 80, 180 cuando el vehículo se conduce sobre la
tierra. Dicho sistema puede tener beneficios añadidos en términos
de proporcionar lastre, que puede distribuirse de forma controlada
alrededor del vehículo para optimizar adicionalmente el
rendimiento, por ejemplo. En este caso, podrían proporcionarse
dispositivos de seguridad para proteger el sistema contra el daño
por escarcha en caso de que el agua bruta se retenga
accidentalmente durante condiciones atmosféricas frías. Por ejemplo,
pueden proporcionarse discos de seguridad para aliviar el exceso de
presión, como se sabe en el diseño y funcionamiento de las plantas
de procesado químico.
Se entenderá que el circuito cerrado 80, 180 no
es necesariamente un circuito cerrado en el caso de que no se
requiera que el anti-congelante y sus inhibidores de
corrosión asociados estén presentes en el líquido refrigerante. En
dicho caso, en lugar de ello, puede introducirse agua bruta, hacerse
circular alrededor de los denominados circuitos cerrados 80, 180 e
incluso retenerse para una circulación adicional o dosificarse de
vuelta hacia la fuente de agua bruta. En el caso de que el agua
bruta se retenga para una circulación adicional (para
funcionamiento en modo terrestre del vehículo, por ejemplo), pueden
emplearse discos de seguridad u otros elementos de sacrificio en el
circuito cerrado por razones de seguridad como se ha descrito
anteriormente. En otra realización más, preferiblemente cuando el
vehículo funciona en modo marino, el agua bruta puede introducirse
y hacerse pasar directamente a través de la camisa de agua 53, 153
del sistema de escape 50, 150 sólo antes de dosificarla de vuelta
hacia la fuente de agua bruta. Esto proporciona la refrigeración del
sistema de escape 50, 150 sin necesidad de hacer circular el
líquido refrigerante alrededor del resto del circuito cerrado 80,
180. Dicha disposición puede conseguirse usando válvulas de control
de flujo, por ejemplo.
Aunque en las realizaciones preferidas descritas
anteriormente la refrigeración del sistema de escape 50, 150 se
consigue usando un líquido refrigerante que se hace pasar a través
de una camisa de agua 53, 153, encerrando directamente los
componentes del sistema de escape 50, 150, se entenderá que el
aparato empleado para efectuar esta transferencia de calor y
controlar la misma puede tomar cualquier forma adecuada. Por
ejemplo, no es necesario que la camisa de agua 53, 153 encierre
todos los componentes del sistema de escape. En lugar de ello,
puede encerrarse sólo un componente seleccionado o una selección de
componentes. De hecho, una pluralidad de camisas de agua diferentes
puede emplearse beneficiosamente, encerrando cada una de ellas por
separado uno o más componentes. Cada camisa de agua puede
"conectarse" y "desconectarse" de un circuito usando
válvulas de control u otros medios de control de flujo. Además, la
o cada camisa de agua puede aislarse térmicamente a un grado u otro
de los componentes del sistema de escape y/o diseñarse para evitar
que el líquido refrigerante entre en contacto directo con los
mismos. Esto puede conseguirse, por ejemplo, proporcionando un hueco
lleno con aire, gas o líquido directamente entre la camisa de agua
y un componente del escape (por ejemplo, usando varillas, aletas u
otros miembros estructurales para conseguir una relación espacial
fija (lineal o gradual) entre los mismos). Dicho hueco lleno con
aire, gas o líquido puede adicional o alternativamente estar parcial
o completamente lleno o revestido con un material aislante. Cada
una de estas alternativas puede emplearse por separado en
combinación para optimizar el régimen de refrigeración de escape del
vehículo. Se entenderá también que el control del flujo del líquido
refrigerante es imperativo para optimizar el régimen de
refrigeración y, en particular, para una refrigeración óptima de
cada componente diferente en el sistema de escape durante modos
diferentes tales como modo terrestre, modo marino, arranque del
vehículo, conducción normal y apagado del vehículo. El convertidor
catalítico es uno de dichos componentes para los que son críticos
los parámetros operativos óptimos. También es importante controlar
la refrigeración de los colectores de escape para evitar la
condensación y acumulación de sedimentos. Además, deben tenerse en
cuenta los efectos de choque térmico sobre los componentes de
escape.
El sistema de refrigeración de escape de acuerdo
con la presente invención puede aplicarse ventajosamente
particularmente a un vehículo anfibio planeador y adicionalmente a
un vehículo tal que tenga ruedas que sean replegables cuando el
vehículo se conduce sobre el agua en un modo marino. Los aspectos de
control del sistema de refrigeración de escape pueden relacionarse
con un sistema de control de vehículo que ofrece un modo terrestre
y un modo marino distintos. Puede ser particularmente ventajoso para
el sistema de refrigeración de escape de acuerdo con la presente
invención refrigerar los colectores de escape del motor de una
manera controlada para evitar la formación de condensación en el
colector de escape después de un arranque en frío.
Aunque los cambiadores de calor descritos en
este documento se han denominado cambiadores de calor de
"aire-agua" y
\cdot"agua-agua", se entenderá que el término
"agua" insinúa el uso de cualquier líquido adecuado, por
ejemplo, agua provista con anti-congelante e
inhibidores de corrosión asociados.
Claims (34)
1. Un sistema de refrigeración de escape de un
vehículo anfibio (10) que funciona en modo terrestre y marino,
comprendiendo el sistema de refrigeración de escape:
un sistema de escape (50) a refrigerar;
al menos un cambiador de calor
aire-líquido (60);
al menos un cambiador de calor
líquido-líquido (70); y
un líquido refrigerante en comunicación térmica
con el sistema de escape (50) y el al menos un cambiador de calor
aire-líquido (60) y/o el al menos un cambiado de
calor líquido-líquido (70); en el que
cuando el vehículo anfibio (10) funciona en modo
terrestre, el líquido refrigerante se calienta mediante el sistema
de escape (50) y se enfría mediante el al menos un cambiador de
calor aire-líquido (60); y
cuando el vehículo anfibio (10) funciona en modo
marino, el líquido refrigerante se calienta mediante el sistema de
escape (50) y se enfría mediante el al menos un cambiador de calor
líquido-líquido (70).
2. Un sistema de refrigeración de escape de
acuerdo con la reivindicación 1, en el que cuando el vehículo
anfibio funciona en modo marino el líquido refrigerante puede
enfriarse adicionalmente mediante el uso controlado de el al menos
un cambiador de calor aire-líquido (60).
3. Un sistema de refrigeración de escape de
acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que el
sistema de escape a refrigerar comprende al menos un colector de
escape y al menos un silenciador (52).
4. Un sistema de refrigeración de escape de
acuerdo con la reivindicación 3, en el que el sistema de escape
comprende adicionalmente al menos un convertidor catalítico
(51).
5. Un sistema de refrigeración de escape de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el
que el al menos un cambiador de calor aire-líquido
(60) se localiza en un conducto provisto dentro de la carrocería
del vehículo.
6. Un sistema de refrigeración de escape de
acuerdo con la reivindicación 5, en el que el conducto tiene una
entrada de aire y una salida de aire y la entrada de aire está
localizada por encima de dicha línea de flotación estática del
vehículo anfibio.
7. Un sistema de refrigeración de escape de
acuerdo con la reivindicación 5 o la reivindicación 6, en el que el
conducto comprende adicionalmente un medio de cierre para cerrar de
manera selectiva y controlable la entrada de aire y/o la salida de
aire.
8. Un sistema de refrigeración de escape de
acuerdo con la reivindicación 7, en el que el medio de cierre
comprende una o más solapas articuladas o miembros deslizantes que
funcionan automáticamente y/o a mano.
9. Un sistema de refrigeración de escape de
acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 8, en el que
el conducto está sellado respecto a al menos otro de los
compartimentos internos provistos dentro del vehículo.
10. Un sistema de refrigeración de escape de
acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores que
comprende adicionalmente uno o más ventiladores provistos para
aumentar el flujo de aire disponible al uno o más cambiadores de
calor aire-líquido (60).
11. Un sistema de refrigeración de escape de
acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el
que se proporciona al menos un cambiador de calor
aire-líquido (60) en la parte delantera del
vehículo.
12. Un sistema de refrigeración de escape de
acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el
que se proporciona al menos un cambiador de calor
aire-líquido en la parte trasera del vehículo.
13. Un sistema de refrigeración de escape de
acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el
que el sistema de escape a refrigerar, el al menos un cambiador de
calor aire-líquido y el al menos un cambiador de
calor líquido-líquido están conectados todos en
serie usando conductos a través de los cuales circula el líquido
refrigerante.
14. Un sistema de refrigeración de escape de
acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el
que el líquido refrigerante está contenido dentro de y se
re-circula alrededor de un circuito cerrado formado
por la conexión en serie del sistema de escape a refrigerar, el al
menos un cambiador de calor aire-líquido y el al
menos un cambiador de calor líquido-líquido.
15. Un sistema de refrigeración de escape de
acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el
que el cambiador de calor líquido-líquido se
refrigera usando agua bruta desde el exterior del vehículo.
16. Un sistema de refrigeración de escape de
acuerdo con la reivindicación 15, en el que el agua bruta se extrae
de una fuente de agua bruta externa y se devuelve a la fuente de
agua bruta fuera del vehículo después de su uso.
17. Un sistema de refrigeración de escape de
acuerdo con la reivindicación 15 o la reivindicación 16, en el que
el agua bruta se bombea, pasa a través de y se saca del cambiador de
calor líquido-líquido.
18. Un sistema de refrigeración de escape de
acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 15 a 17, en el
que el agua bruta se suministra desde un lado presurizado de un
medio de propulsión marino de transmisión a chorro provisto en el
vehículo anfibio.
19. Un sistema de refrigeración de escape de
acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, en el
que al menos un cambiador de calor líquido-líquido
se forma al menos en parte usando una superficie externa del casco
del vehículo anfibio.
20. Un sistema de refrigeración de escape de
acuerdo con la reivindicación 19, en el que la superficie externa
del casco del vehículo anfibio usado en el cambiador de calor
líquido-líquido se forma a partir de un buen
conductor térmico.
21. Un sistema de refrigeración de escape de
acuerdo con la reivindicación 20, en el que la superficie externa
del caso del vehículo anfibio comprende aluminio.
22. Un sistema de refrigeración de escape de
acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 19 a 21, en el
que el líquido refrigerante contacta con la superficie interior del
casco y se refrigera mediante la fuente de agua bruta externa
presente en la superficie exterior del casco cuando el vehículo está
funcionando en modo marino.
23. Un sistema de refrigeración de escape de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 19 a 22, en el que
la fuente de agua bruta requerida y usada para refrigerar el
cambiador de calor líquido-líquido permanece fuera
del vehículo.
24. Un sistema de refrigeración de escape de
acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en
el que uno o más cambiadores de calor
líquido-líquido pueden rodearse.
25. Un sistema de refrigeración de escape de
acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en
el que al menos un cambiador de calor
líquido-líquido se forma al menos en parte usando un
componente del medio de propulsión marina.
26. Un sistema de refrigeración de escape de
acuerdo con la reivindicación 25, en el que el medio de propulsión
marina comprende una transmisión a chorro (30).
27. Un sistema de refrigeración de escape de
acuerdo con la reivindicación 25, en el que al menos un cambiador
de calor líquido-líquido se enfría usando agua bruta
que pasa sobre y/o a través del medio de propulsión marina.
28. Un sistema de refrigeración de escape de
acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el
que la refrigeración adicional del sistema de escape se proporciona
inyectando agua bruta directamente en la corriente de escape del
gas de escape que pasa a través de y sale del sistema de escape.
29. Un sistema de refrigeración de escape de
acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en
el que el sistema se emplea adicionalmente para refrigerar otras
fuentes de generación de calor.
30. Un sistema de refrigeración de escape de
acuerdo con la reivindicación 29, en el que las otras fuentes
generadoras de calor comprenden un medio de propulsión marina, un
elemento motriz principal y/o componentes de freno.
31. Un sistema de refrigeración de escape de
acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en
el que cada cambiador de calor se proporciona en un circuito común
que tiene un líquido refrigerante compartido.
32. Un sistema de refrigeración de escape de
acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 30, en el
que cada cambiador de calor se proporciona en un circuito
diferente.
33. Uso de un sistema de refrigeración de escape
de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en
un vehículo anfibio planeador.
34. Uso de un sistema de refrigeración de escape
de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 32 en un
vehículo anfibio planeador que tiene una o más ruedas
replegables.
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